一种用于测量声波对自由传播火焰影响的装置和方法
专利汇可以提供一种用于测量声波对自由传播火焰影响的装置和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于测量 声波 对自由传播火焰影响的装置及方法。该装置包括定容燃烧弹、进样系统、 点火系统 、光学纹影系统 和声 学系统。定容燃烧弹容纳有预混可燃气，进样系统为定容燃烧弹的腔体提供预混可燃气。点火系统具有点火 电极 ，用于对预混可燃气进行点火。声学系统具有声波发生装置，用于对定容燃烧弹腔体提供声波激励。定容燃烧弹的腔体的 侧壁 固定有相对的两个 法兰 ，腔体的顶面和底面均安装有一个法兰，其中腔体的侧壁的两个法兰分别装有声波发生装置和点火电极，顶面和底面的两个法兰均装有透明视窗，作为光学纹影系统的光路，从而光学纹影系统记录在声波作用下火焰的传播过程。本发明解决了如何测量声波对自由传播火焰影响的问题。，下面是一种用于测量声波对自由传播火焰影响的装置和方法专利的具体信息内容。
1.一种用于测量声波对自由传播火焰影响的装置，其特征在于，所述装置包括定容燃烧弹、进样系统、点火系统、光学纹影系统和声学系统，其中所述定容燃烧弹与所述进样系统、所述点火系统和所述声学系统连接，其中所述定容燃烧弹容纳有一定压力和当量比的预混可燃气，所述进样系统为所述定容燃烧弹的腔体提供预混可燃气，所述点火系统具有点火电极，用于对预混可燃气进行点火，以及所述声学系统具有声波发生装置，并用于对所述定容燃烧弹的腔体内提供声波激励和对声波信息进行处理；其中所述定容燃烧弹的腔体的侧壁固定有相对的两个法兰，所述腔体的顶面和底面均安装有一个法兰，其中所述腔体的侧壁的两个法兰分别装有所述声波发生装置和所述点火电极；以及所述腔体的顶面和底面的两个法兰均装有透明视窗，作为所述光学纹影系统的光路，从而所述光学纹影系统记录在声波作用下火焰的传播过程。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进样系统包括气瓶、液体进样泵、气化罐、压力监测单元和真空泵，其中所述气瓶经由第一连接管道连接于主管道，第一连接管道上设有第一阀门，所述液体进样泵连接于所述气化罐，所述气化罐经由第二连接管道连接于所述主管道，所述第二连接管道上设有第二阀门，所述真空泵经由第三连接管道连接于所述主管道，所述第三连接管道上设有第三阀门，以及所述主管道与所述定容燃烧弹连接并设有第四阀门。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括温控系统，所述温控系统用于调节所述定容燃烧弹的腔体和所述主管道的温度，其中所述温控系统包括加热和控温单元。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述点火系统进一步包括高压电源和触发器，所述高压电源提供可调的电压输入，所述触发器用于使所述点火电极放电。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学纹影系统包括汞灯和高速摄像机，其中所述汞灯、所述定容燃烧弹和所述高速摄像机依次共轴布置，所述汞灯和所述高速摄像机分别正对着所述定容燃烧弹的顶面和底面的法兰的透明视窗。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括计算机系统，所述声波发生装置具有扬声器，通过所述计算机系统使所述扬声器发出不同频率的声波，并通过所述计算机系统对通过所述光学纹影系统所得到的图像信息和所述声学系统的声波信息进行进一步处理，从而得到声波影响自由传播火焰的物理规律。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声波发生装置具有扬声器，所述扬声器的外面设有金属网，所述扬声器的侧壁采用金属套管包裹扬声器的内部电子和电路元件，只露出振动发声的膜片。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定容燃烧弹的顶面和底面的法兰的透明视窗由石英制成，以及所述高速摄像机的帧率超过10000fps。
9.一种用于测量声波对自由传播火焰影响的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
步骤S1：提供如权利要求1所述的用于测量声波对自由传播火焰影响的装置，其中所述光学纹影系统包括汞灯和高速摄像机，其中所述汞灯、所述定容燃烧弹和所述高速摄像机依次共轴布置，所述点火系统进一步包括高压电源和触发器；
步骤S2：通过所述进样系统在所述定容燃烧弹内充入一定压力和当量比的预混可燃气；
步骤S3：通过计算机系统控制所述声波发生装置发出一定频率的声波，并使所述高速摄像机处于拍摄状态，通过所述点火系统点燃所述定容燃烧弹的腔体内的预混可燃气，通过所述高速摄像机将火焰在声波影响下的传播过程拍摄下来并传输至所述计算机系统以进行分析。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述进样系统包括气瓶、液体进样泵、气化罐、压力监测单元和真空泵，其中所述气瓶经由第一连接管道连接于主管道，第一连接管道上设有第一阀门，所述液体进样泵连接于所述气化罐，所述气化罐经由第二连接管道连接于所述主管道，所述第二连接管道上设有第二阀门，所述真空泵经由第三连接管道连接于所述主管道，所述第三连接管道上设有第三阀门，以及所述主管道与所述定容燃烧弹连接并设有第四阀门；步骤S2中，液体燃料通过所述液体进样泵泵入所述气化罐，在气化罐里气化，然后通入所述定容燃烧弹的腔体进行配气，通过所述压力监测单元在所述定容燃烧弹内充入燃料至所计算得到的压强，然后充入空气至设定压强，从而配好一定压力和当量比的预混可燃气。
一种用于测量声波对自由传播火焰影响的装置和方法
技术领域
背景技术
燃烧不稳定性的影响，特别是热声不稳定性。热声不稳定性是发动机燃烧室内的声波和火
焰热释放的复杂耦合效应，可导致压力波的产生，进而引起火焰吹熄、回火、发动机损坏等
严重后果。此外在内燃机中，热声耦合导致的压力振荡也与燃烧过程，特别是爆震燃烧关系
紧密。因此，学术界和工业界一直进行着声波对火焰的影响研究，并探索抑制热声不稳定性
的方法。层流火焰被广泛用于研究声波影响火焰的基本物理过程，但前人主要采用的是位
于燃烧炉上的驻定火焰进行研究。在实际发动机燃烧中，驻定火焰主要发生在航空发动机
和燃气轮机的稳定燃烧条件下，而内燃机的主要燃烧形式是自由传播火焰，航空发动机和
燃气轮机不稳定燃烧情况下，也常常会发生火焰传播现象，这些都要求有能够研究声波对
自由传播火焰影响的装置及方法。
成为一定当量比的可燃混合气。在点火电极放电下，可燃气体被点燃并逐渐发展成为向外
传播的球形火焰。通过腔体上的视窗，可利用纹影法将球形火焰的传播过程记录成为视频
数据。在点火初期，球形火焰的传播会受到初始点火能的影响，当球形火焰的直径与腔体尺
寸接近时，球形火焰的传播会受到壁面的影响。在中间的范围，便是球形火焰的自由传播过
程。我们经文献调研发现，目前还没有涉及声波对自由传播火焰影响的工作，也没有相关装
置和平台，因此亟需发明一套可以耦合声波和自由传播火焰的实验装置，来解决该领域的
技术和科学问题。
发明内容
燃烧弹与所述进样系统、所述点火系统和所述声学系统连接，其中所述定容燃烧弹容纳有
一定压力和当量比的预混可燃气，所述进样系统为所述定容燃烧弹的腔体提供预混可燃
气，所述点火系统具有点火电极，用于对预混可燃气进行点火，以及所述声学系统具有声波
发生装置，并用于对所述定容燃烧弹的腔体内提供声波激励和对声波信息进行处理；其中
所述定容燃烧弹的腔体的侧壁固定有相对的两个法兰，所述腔体的顶面和底面均安装有一
个法兰，其中所述腔体的侧壁的两个法兰分别装有所述声波发生装置和所述点火电极；以
及所述腔体的顶面和底面的两个法兰均装有透明视窗，作为所述光学纹影系统的光路，从
而所述光学纹影系统记录在声波作用下火焰的传播过程。
体进样泵连接于所述气化罐，所述气化罐经由第二连接管道连接于所述主管道，所述第二
连接管道上设有第二阀门，所述真空泵经由第三连接管道连接于所述主管道，所述第三连
接管道上设有第三阀门，以及所述主管道与所述定容燃烧弹连接并设有第四阀门。
燃烧弹的顶面和底面的法兰的透明视窗。
光学纹影系统所得到的图像信息和所述声学系统的声波信息进行进一步处理，从而得到声
波影响自由传播火焰的物理规律。
像机依次共轴布置，所述点火系统进一步包括高压电源和触发器；
气，通过所述高速摄像机将火焰在声波影响下的传播过程拍摄下来并传输至所述计算机系
统以进行分析。
体进样泵连接于所述气化罐，所述气化罐经由第二连接管道连接于所述主管道，所述第二
连接管道上设有第二阀门，所述真空泵经由第三连接管道连接于所述主管道，所述第三连
接管道上设有第三阀门，以及所述主管道与所述定容燃烧弹连接并设有第四阀门；步骤S2
中，液体燃料通过所述液体进样泵泵入所述气化罐，在气化罐里气化，然后通入所述定容燃
烧弹的腔体进行配气，通过所述压力监测单元在所述定容燃烧弹内充入燃料至所计算得到
的压强，然后充入空气至设定压强，从而配好一定压力和当量比的预混可燃气。
焰吹熄、回火、发动机损坏等严重后果提供技术支撑。
附图说明
具体实施方式
了说明本发明技术方案的实质精神。
的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结
构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征
可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
学系统，其中定容燃烧弹22与进样系统、点火系统23和声学系统连接。定容燃烧弹22容纳有
一定压力和当量比的预混可燃气。进样系统为定容燃烧弹22的腔体提供预混可燃气。点火
系统23具有点火电极2，用于对预混可燃气进行点火。声学系统具有声波发生装置1，并用于
对定容燃烧弹22腔体提供声波激励和对声波信息进行处理。光学纹影系统用于记录在声波
作用下火焰的自由传播过程的图像。从而，通过对图像进行分析，可获得声波对火焰自由传
播过程的影响。
装置1，为流场提供声波激励，另一个侧面的法兰26装置有点火电极2，用于对可燃混合气点
火。顶面的法兰3装置一块石英玻璃视窗，底面的法兰4装置一块石英玻璃视窗，作为光学纹
影系统的光路。
连接于气化罐7。气化罐7经由第二连接管道11连接于主管道13。第二连接管道11上设有第
二阀门15。真空泵9经由第三连接管道12连接于主管道13。第三连接管道12上设有第三阀门
16。主管道13与定容燃烧弹连接并设有第四阀门17。
可以算得燃料与空气摩尔分数的比值。由于实验所需的可燃混合气的压强是已知的，在实
验所要求的初始压强和温度情况下，燃料气体和空气均可按照理想气体来处理。因此，按照
道尔顿分压定律，可由燃料与空气的摩尔分数比值得到燃料与空气的各自分压。配气时，通
过压力监测单元监测燃烧弹腔体内部的压强，便可配得所需当量比的可燃混合气体。压力
监测单元可以有本领域已知的任何合适的装置来实现，其可以包括处理器、传感器等器件。
燃料饱和蒸汽压高于所需燃料分压的温度。液体燃料由液体进样泵控制进入气化罐气化，
然后通入燃烧弹进行配气。
员可以手动按下触发器，使点火电极2放电。
火焰在传播过程中，火焰面的位置是流场内密度变化最剧烈的地方，因此，用纹影法可以清
楚地得到球形火焰在视场内的自由传播图像。
29、定容燃烧弹22、光阑30和高速摄像机20依次共轴布置。光阑29和光阑30分别布置于透镜
27和28的焦点处。光学纹影系统也可以采用本领域已知的其他任何合适的器件来组成。
比热容保证扬声器内部不会被周边高温气体加热破坏。这两种措施结合起来，可起到保护
扬声器的作用。当火焰传播到扬声器附近时，金属网可以使火焰淬灭，从而保证扬声器不会
被高温火焰直接烧蚀。计算机系统21使扬声器发出不同频率的声波，并对声波信息进行进
一步处理。
律。
速摄像机20将火焰在声波影响下的传播过程拍摄下来并传输至计算机系统21以进行分析。
得到的压强，然后充入空气至设定压强，从而配好一定压力和当量比的预混可燃气。
焰吹熄、回火、发动机损坏等严重后果提供技术支撑。
为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。
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